2.2. Методы и устройства регулирования напряжения трансформатора и каскада трансформаторов

Эксплуатация высоковольтных испытательных установок требует регулирования напряжения на нагрузке. Это целесообразно осуществлять на зажимах низковольтной обмотки трансформатора [1, 2, 4.

Выбирая способ регулирования и регулирующее устройство, необходимо учитывать технические характеристики: мощность регулятора, величину регулируемого напряжения, скорость и пределы регулирования. Исходя из этого, к регуляторам напряжения предъявляются следующие требования:

• потери в регуляторе должны быть минимальные, и его мощность должна соответствовать мощности, реализуемой на нагрузке;

• обеспечивать достаточные пределы, плавность и скорость регулирования;

• регуляторы не должны вносить искажения в форму кривой напряжения;

• регулирующее устройство должно быть надежным, простым в обслуживании и иметь хорошие массогабаритные показатели.

Наиболее простым способом регулирования является реостатный способ (рис. 2.4, а). Однако большие потери на сопротивлении, подгорание сопротивлений и искажение кривой напряжения ограничивают их применение при мощностях не более 0,5 кВА.

Широко применяется автотрансформаторный способ регулирования. Существуют две разновидности регулирования: со скользящими контактами (рис. 2.4, б) и с короткозамкнутой подвижной обмоткой (рис. 2.4, в). Принцип регулирования в первом случае заключается в том, что регулируемое напряжении (U_р) снимается с части обмотки, к которой приложено напряжение сети (U_с). Такой способ обеспечивает достаточно плавное регулирование и малые потери.

Недостатком является то, что происходит подгорание скользящих контактов и обмотки. Применяется при мощностях трансформатора до 20 кВА.

Во втором случае (рис. 2.4, в) регулирование осуществляется изменением индуктивной связи между обмотками. Напряжение сети прикладывается к обмотке, состоящей из двух одинаковых секций. Регулируемое напряжение снимается с одной из секций.

Рис. 2.4. Электрические схемы устройств регулирования напряжения: реостатный (а), автотрансформаторный со скользящими контактами (б) и короткозамкнутой обмоткой (в), индукционный (г); R₁, R₂ – сопротивления реостатов; W_р, W_с – обмотки ротора и статора; К – короткозамкнутая подвижная обмотка

Магнитный поток, создаваемый током, протекающим в секциях обмотки, частично или полностью компенсируется магнитным потоком, создаваемым током в подвижной короткозамкнутой обмотке (К) в зависимости от места расположения ее относительно секций обмотки. Отсутствие скользящих контактов и высокая плавность регулирования позволяют применять такие регуляторы при мощности до 250 кВА. Некоторым недостатком являются потери холостого хода.

Регулирование напряжения индуктивными регуляторами. Индуктивный регулятор представляет из себя электродвигатель с заторможенным фазным ротором. Обмотку ротора можно механически поворачивать на определенный угол относительно обмотки статора. Напряжение сети подводится к обмотке ротора. На обмотке статора наводится ЭДС, величина которой зависит от взаимного расположения обмоток ротора (W_р) и статора (W_с). Регулируемое напряжение суммируется из напряжения сети и наводимой ЭДС обмотки статора (U): U_р = U_c ± U. Этот способ обеспечивает плавность регулирования и отсутствие скользящих контактов. Недостатком являются потери холостого хода. Используется при мощности трансформатора до 30 кВА.

Для регулирования напряжения мощных трансформаторов и каскадов трансформаторов используют регуляторы на базе трансформаторов с подвижными обмотками (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема расположения обмоток в пазах стержня и ярма (а), электрическая схема регулировочного трансформатора (б) и схема регулировочного трансформатора с дополнительным трансформатором (в); 1, 2 – вторичная и первичная обмотки регулировочного трансформатора; 3 и 4 – первичная и вторичная обмотки дополнительного трансформатора

Суть способа заключается в том, что механически осуществляется перемещение стержня (С), на котором расположена вторичная обмотка (1) относительно вторичной обмотки (2), состоящей из двух одинаковых секций, расположенных в пазах ярма (Я) (рис. 2.5, а). Вследствие этого меняется электромагнитная связь между обмотками. При перемещении стержня вторичная обмотка охватывается полностью или частично магнитным потоком одной или другой секции первичной обмотки (2). На вторичной обмотке наводится ЭДС в зависимости от их взаимного места положения. Для расширения диапазона регулируемого напряжения используют регулировочный трансформатор (Т₁) с дополнительным трансформатором (Т₂) (рис. 2.5, в). Регулируемое напряжение представляет в этом случае алгебраическую сумму наводимых ЭДС на обмотках 1 и 4. Недостатком такого способа являются большие потери холостого хода, сложность конструкции регулировочного трансформатора. Может применяться при мощностях до нескольких мегавольтампер.